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什麼是鉛中毒?你該擔心的不只有鉛水管……

miss9_96
・2015/10/30 ・4334字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 545 ・八年級

陰暗的房間裡,一名美國環保署研究人員正調查著管線中有鉛水管的數座城市,沿著住宅內的水管配線,分別取出樣本用水,再檢測內含的鉛濃度,企圖了解水中的鉛,從那裡來?研究人員枯燥地敲擊著鍵盤,倏然地,「叮」一聲輕響,螢幕上突然飆高的鉛濃度,她不可置信地看了看配線圖的位置是——含鉛水龍頭

美國環保署研究指出,水中鉛的來源,有部分是來自我們天天都會接觸到的水龍頭。右圖為焊接的鉛水管。from pixabay 和 wikimedia
美國環保署研究指出,水中鉛的來源,有部分是來自我們天天都會接觸到的水龍頭。右圖為焊接的鉛水管。from pixabaywikimedia

傾滅羅馬帝國的鉛水管?

距今一千多年前,鉛水管就已出現於歷史記載中[1],而在 1970 年代的羅馬日本台灣等國,鉛水管仍被廣泛使用在自來水管系統之中[1-3]。鉛的延展性佳,加上熔點低、易於鍛造加工的特性,讓它從古羅馬時代即被應用在白色油漆(PbCO3)、水管和各式容器[4]。考古學界的另一重大發現,是在羅馬人遺骸中,檢測出高濃度的鉛[1],因而懷疑當時遍佈全城的鉛水管流出高濃度的鉛水,讓全城的市民集體中毒,進而導致羅馬帝國的覆滅,甚至是放火燒掉自己首都的尼祿(Nero)皇帝,也是因為鉛中毒導致精神失常的緣故。但科學界對此則抱持不同看法,他們認為沉澱的水垢、以及羅馬市民們大量的取水,都大幅降低了飲水中的鉛含量 [8],所以鉛水管並不是羅馬帝國鉛中毒的主因。

反倒是當時羅馬、希臘人流行用鉛碗熬煮葡萄汁,再用熬出的甜漿製成甜酒享用;而在傳說中,這種甜酒十分好喝,但不知何因卻容易使得孕婦流產[4]。當時的人並不知道酒中的香甜何來,但現在我們推測得知,葡萄中的酸與鉛碗,生成了香甜、好吃但又好毒的化合物——醋酸鉛(Lead acetate)[6]。想不到,在那個年代,喝酒不僅傷身,更是玩命。

左:以羅馬城大火為題繪製的畫;右:遺留至今的羅馬鉛水管。from wikimedia
左:以羅馬城大火為題繪製的畫;右:遺留至今的羅馬鉛水管。from wikimedia

時光轉到近代,汽、機車和工業引擎燃燒含鉛汽油後的廢氣,讓大氣的鉛汙染日益嚴重,在 1970 年末,大氣的鉛濃度甚至高達 300 ppt,遠遠高於地球的自然背景值(0.5 ppt),嚴重的空氣汙染引發各界重視鉛中毒的議題 [4],呼應此議題,我國自來水處於1979年決定停用鉛水管 [3],以避免國民透過鉛管攝取到高濃度的鉛水。但是,自來水鉛管真的會溶出大量的鉛離子,流出劇毒的鉛水嗎?

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今(2015)年 2 月美國環保署在《環境.科學與科技》(Environmental Science & Technology)所刊登的論文 [7],也許可以提供我們一些答案,她們發現氧化的鉛管,會形成難溶於水的二氧化鉛(PbO2,反倒形成了一道堅固的保護層,有效地阻隔了鉛離子的溶出,因此使用鉛管運送自來水,其實不需要擔心鉛水的問題。但值得一提的是,研究人員在分段取水的採樣中發現,有幾戶住宅的自來水流經含鉛水龍頭時,水中的鉛濃度,居然上升了 4~13 倍,顯示住戶所使用的水龍頭,可能才是政府需要關注的焦點。我國標準檢驗局預計於(2015)年底公告水龍頭的新規範(鉛溶出值須低於 5 ppb),讓民眾能安心選用更優質、安全的水龍頭產品 [8]。

各國自來水鉛濃度標準

台灣-原水 [3]台灣-用戶端 [3]美國 [9]日本 [10]
標準0.05 mg/L0.01 mg/L0.015 mg/L0.01 mg/L
結果低於0.0089 mg/L低於0.0017 mg/L
羅馬時期的建築,左為浴池,右為公共廁所。Rome from wikimedia
羅馬時期的建築,左為浴池,右為公共廁所。Rome from wikimedia

鉛中毒的可怕:穿透大腦組織的能力+瘋狂破壞DNA

生活中的鉛,通常來自於空氣汙染、含鉛的油漆等。鉛進入體內後,由於不易排除,所以身體會將鉛離子集中隔離於骨骼之中 [4,5]。鉛的毒性複雜,它會促使細胞凋亡、擾亂神經的傳導等 [11],在結構上,二價的鉛離子長得太像鈣和鋅離子,不僅會干擾血紅素生成的酵素引發貧血外 [5],更會讓身體累積過多的血紅素前驅物——aminolevulinic acid(ALA) [4],使人頭痛、失眠,甚至會引起婦女骨質疏鬆或是流產 [4,12]。

而且細胞膜上的鈣-ATP幫浦(Ca-ATP pump)還會將鉛離子誤認為鈣,堂而皇之的讓鉛離子無視血腦屏障地進入細胞,直接進到大腦組織之中 [13],影響星形膠質細胞(astroglial cell)成熟,並妨礙神經細胞髓鞘(myelin sheath)的產生,進而干擾了大腦發育 [11],因此美國疾病管制中心(Centers for Disease Control and Prevention, CDC)建議成人的血鉛濃度上限為 25 μg/dL,但孩童則降低至 10 μg/dL [5],甚至有些科學家呼籲,應該要調低至 2 μg/dL [5],因為研究中發現血鉛會嚴重影響孩童智力發育,血鉛平均每上升 1 μg/dL,學童 IQ 智力表現就會降低 1 點 [2]。幸好我國規定 1990 年後的汽車只能使用無鉛汽油,使得在那之後才出生的小孩,再也不會跟我們一樣,吸到都市裡滿滿是鉛的髒空氣了~(拭淚)

近代生活環境中,最容易接觸到鉛的來源是油漆和含鉛汽油,幸好在鉛中毒的研究逐漸明朗之後,這兩者漸漸地退出了我們的生活。from pixabay 和 wikimedia
近代生活環境中,最容易接觸到鉛的來源是油漆和含鉛汽油,幸好在鉛中毒的研究逐漸明朗之後,這兩者漸漸地退出了我們的生活。from pixabay 和 wikimedia

為什麼鉛離子對細胞有這麼嚴重的傷害呢?科學家認為,鉛離子會增加活性氧自由基的濃度,而自由基高度反應性的特性,會氧化破壞細胞內所有的零組件,整顆細胞就此壞光光。研究文獻指出,鉛離子會抑制抗氧化防禦系統(Glutathione, Super Oxide Dismutase and Catalase),使細胞無法中和自由基(HO2•, H2O2, O2 •)的毒性,讓自由基大肆破壞DNA、氧化脂質和蛋白質 [11],搞得一團糟之後,壞掉的細胞就只好啟動自爆程序-細胞凋亡了~

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吃什麼才能防止鉛中毒?

那要吃什麼才能抵抗鉛中毒呢?如果提問者是一隻老鼠,那麼來自南台灣的學者們,正好可以提出一個解答,任職於成功大學的郭玉良教授,和高雄第一科技大學的李家偉教授,整理了以往動物實驗的結果,分析出下列的營養素能夠保護身體、抵禦鉛中毒的傷害 [14],當然,再次強調,這些結果的對象都是老鼠,不是人類~

營養素動物實驗中受到保護的器官
維他命 C肝臟、腎臟、中樞神經系統
維他命 E肝臟、中樞神經系統
維他命 B6肝臟
β-胡蘿蔔素睪丸
睪丸
肝臟、腎臟

你該擔心的真正威脅:沒良心的商人

相信大家對頂新的油品事件仍心存芥蒂,而很多明知不可食用的物料,常因壓低成本或為矇混檢驗流程,而被加入食品與用品中。在此也讓我們來看看歐洲發生的真實案例:在匈牙利的料理中,紅椒粉是相當重要的佐料,匈牙利燉牛肉等美味的料理中,都會加入紅椒粉來增添獨特的風味。1994年,有數十名愛吃紅椒粉的匈牙利國民因鉛中毒住進醫院,深入調查後發現,竟是不良商人將外觀同是紅色的氧化鉛(PbO)混入紅椒粉,壓低成本以獲取不當利益,震驚全國的食安事件撼動了政府,甚至設立了紅椒粉檢驗機制,希望這類醜聞不再發生(聽起來很熟悉對吧~)[15]!

由左至右分別為紅椒粉(左);燉牛肉(中);氧化鉛(右)。from wikimedia
由左至右分別為紅椒粉(左);燉牛肉(中);氧化鉛(右)。from wikimedia

而在大西洋彼岸的美國也是雞犬不寧,2007 年,在美國爆發了含鉛玩具的醜聞 [16],中國廠商為了節省成本使用了較廉價的含鉛油漆來製作玩具,當孩童啃咬這類玩具時,吃掉的可不是只有上頭的含鉛油漆,更吃掉了孩子們的未來。而沒良心的商人兜售來路不明的中藥更是一大隱憂,成功大學曾報告一名案例 [17],家長因為想改善男童的過敏體質,讓他長期服用來路不明的中藥,沒想到中藥含有高量的鉛,診斷時男童的血鉛已逼近 35 μg/dL(孩童的標準為 10 μg/dL)。

而台北榮總也曾報導過兩名男子困窘的經歷 [18],他們分別想要治療自身的肛門和下肢潰瘍,塗抹了來路不明的含鉛膏藥,結果引起肛門組織壞死、貧血和頭暈等疾病,其中一名患者的血鉛數值甚至高達 226 μg/dL(成人的標準為 25 μg/dL),幾乎是上限值的十倍。看了這麼多要錢不要命的例子,我們可以了解到在現今的社會裡,最大的敵人其實不是鉛水管,而是那些躲在暗處的不良商人。因為有的時候人心,比鉛還毒

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寫在文末

看著這次的鉛水管新聞,筆者感到十分的困惑。媒體忙著傳達民眾對鉛水管的恐懼,而政府急著道歉和動用預算安撫民心。因此筆者期望能藉此文進行考證與探究,盼能拋磚引玉,引發更多思考與共鳴。

  • 本文感謝Trista協助
  • [註]:為求書寫流利和情節起伏,本文首段所出現的情境和對話皆為模擬。

參考文獻

  • [1] Korn M, Andrade JB, Jesus DS, Lemos VA, Bandeira ML, Santos WN, et al. Separation and preconcentration procedures for the determination of lead using spectrometric techniques: a review. Talanta. 2006;69:16-24.
  • [2] Naofumi Shiomi (2015) An assessment of the Causes of Lead Pollution and the Efficiency of Bioremediation by Plants and Microorganisms. DOI: 10.5772/60802
  • [3] 鉛管專區。台北自來水事業處官網。
  • [4] John Emsley (2000) 分子博覽會-輕鬆瞭解生活中的化學物質。商周出版,中華民國,台北
  • [5] Amaya MA, Jolly KW, Pingitore NE, Jr. Blood lead in the 21st Century: The sub-microgram challenge. Journal of blood medicine. 2010;1:71-78.
  • [6] De Muynck D, Cloquet C, Smits E, de Wolff FA, Quitte G, Moens L, et al. Lead isotopic analysis of infant bone tissue dating from the Roman era via multicollector ICP-mass spectrometry. Analytical and bioanalytical chemistry. 2008;390:477-486.
  • [7] Simoni Triantafyllidou, Michael R. Schock, Michael K. DeSantis, and Colin White (2015) Low Contribution of PbO2-Coated Lead Service Lines to Water Lead Contamination at the Tap. Environmental Science & Technology, 49, 3746-3754
  • [8] 經濟部標準檢驗局針對媒體報導「好的水龍頭外銷 劣品留全民」及「水龍頭含鉛量高歐美28倍」新聞稿說明。經濟部標準檢驗局官方網頁。
  • [9] Bottled Water Everywhere: Keeping it Safe. 美國食品藥物管理署官方網頁.
  • [10] Jun Yoshinaga (2012) Lead in the Japanese living environment. Environmental Health and Preventive Medicine. 17, 433-443
  • [11] Gagan FLORA, Deepesh GUPTA, Archana TIWARI (2012) Toxicity of lead: A review with recent updates. Interdisciplinary Toxicology. 5, 47-58
  • [12] Tsung-Lin Tsai, Wen-Harn Pan, Yu-Teh Chung, Trong-Neng Wu, Ying-Chih Tseng, Saou-Hsing Liou and Shu-Li Wang (2015) Journal of Exposure Science and Environmental Epidemiology, DOI:10.1038/jes.2015.30
  • [13] Theodore I. Lidsky, Jay S. Schneider (2003) Lead neurotoxicity in children: basic mechanisms and clinical correlates. Brain, DOI: http://dx.doi.org/10.1093/brain/awg014
  • [14] Ping-Chi Hsu, Yueliang Leon Guo (2002) Antioxidant nutrients and lead toxicity. Toxicology, 180, 33-44
  • [15] Joe Schwarcz (2004) 蘇老師化學五四三:懂 3 點化學很有用。天下文化。中華民國,台北
  • [16] Why all the lead in Chinese-made goods? Taipei Times. 
  • [17] 李俊璋;陳嘉惠;陳櫻丹;林亭儀 (2009) 由中國大陸兒童鉛中毒事件談兒童鉛中毒預防。環境健康風險季刊。福利衛生部國民健康署
  • [18] Ming-Ling Wu, Jou-Fang Deng, Kon-Ping Lin, Wei-Jen Tsai (2013) Lead, Mercury, and Arsenic Poisoning Due to Topical Use of Traditional Chinese Medicines. The American Journal of Medicine, 126, 451-454

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miss9_96
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蔣維倫。很喜歡貓貓。曾意外地收集到台、清、交三間學校的畢業證書。泛科學作家、科學月刊作家、故事作家、udn鳴人堂作家、前國衛院衛生福利政策研究學者。 商業邀稿:miss9ch@gmail.com 文章作品:http://pansci.asia/archives/author/miss9
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小鼠研究指「間歇性禁食」可延年益壽——重點不在總熱量,延長用餐間隔才是重點!

台灣科技媒體中心_96
・2021/10/24 ・2679字 ・閱讀時間約 5 分鐘

2021 年 10 月 18 日,國際期刊《自然醫學》(Nature Medicine)公開的一篇研究論文,探討飲食模式和改善生理健康之間的關係。研究將小鼠總共分為五組:(1)自由取食、(2)限制 30% 的熱量攝取,但沒有禁食期、(3)限制 30% 的熱量攝取,半天內給食三次,另外半天禁食、(4)限制 30% 的熱量攝取,每天只給食一次,其他 21 小時禁食、(5)熱量攝取總量不變,但每天禁食 21 小時。

研究運用液相層析質譜儀(Liquid chromatography–mass spectrometry),以及轉錄組分析(Transcriptional profiling)等方法,發現僅「禁食」而沒有減少攝取的總熱量,就足以得到在限制熱量的飲食模式時出現的大部分代謝與核酸轉錄的特徵,以及延長壽命、防止衰弱等健康上的好處。

該研究歸納出以下三大結論:

  1. 過往研究限制熱量攝取的好處時,無法分辨原因是「總卡路里攝取下降」還是「有規律的長時間禁食」。這篇研究協助釐清熱量限制帶來好處的原因,發現單純禁食而並不減少總熱量攝入,就足以達到有助代謝和延緩老化這些健康效果。
  2. 研究是在特定的條件下所觀察到的現象,不同性別及不同品系的小鼠,禁食的效果就不同,無法廣泛推論於不同物種或不同飲食文化的個體。
  3. 禁食很可能是限制卡路里攝取時,可改善健康和長壽所必需的關鍵。如果可以證明適用於人類,未來可能幫助人們在不需要減少卡路里攝取總量的情況下,也能延緩老化、促進健康。
圖/Pixabay

大爆吃再間歇性禁食更健康?仍有待證實

臺大醫學院腦與心智科學研究所教授王培育指出,適當的飲食限制對於促進代謝、預防疾病及延長壽命的益處已是廣為人知。然而在早期用酵母菌、線蟲及果蠅作為實驗對象的研究中,受限於實驗模式,大多是以稀釋食物中的營養成份且自由飲食的方式來觀察飲食限制的好處 [1][2][3]

而在哺乳類中,小鼠或猴子實驗則是以每日一到二次或數日一次的方式,餵食正常食量的 40-80% [4][5],因此,一直以來飲食限制所帶來的好處被認為是降低日常飲食中卡路里的總量所導致。但是這些傳統的觀點在近年來的研究中已是備受挑戰,例如每日限制時間或食物量的餵食或禁食(於幾個小時內自由飲食或吃完定量的食物),也可明顯的達成健康長壽的好處 [6]

所以,重要的究竟是卡路里減量,還是禁食?本篇研究利用特定品系的小鼠,以系統性的方法實驗數種飲食的模式並且分析多種代謝及生理指標。結果顯示適當的禁食,可能是影響健康指標的關鍵,然而這是否意味著大吃大喝但間歇性的禁食是比少量及少餐更好的選擇呢?有待日後有更多的研究證據來說明。

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規律禁食/進食,比總熱量攝取更重要

王培育也指出,這份研究僅使用了兩種品系的公、母小鼠進行研究,便可觀察到飲食限制對於不同性別及兩種品系小鼠的生理反應造成許多的差異,顯示本研究是在特定的條件下所觀察到的現象,無法廣泛推論於不同物種或不同飲食文化的個體。

這份研究提供一個重要的概念,適當的禁食可以達成傳統的飲食限制(禁食加上卡路里減量)對身體健康的好處,因此營養均衡、不必在卡路里上斤斤計較,一樣可能擁有健康長壽。

王培育指出,這份研究詳盡的比較了長期限制總熱量攝取與間歇性禁食,對代謝、老化以及壽命的影響,結果也顯示了有規律的間歇性禁食也許就足以帶給我們健康上的各種好處。這告訴我們,吃什麼、吃多少固然重要,何時吃以及飲食是否規律也許更重要。這結果與上月一篇發表在期刊《自然》(Nature)上的果蠅間歇性禁食實驗結果不謀而合 [7]

這份研究提供一個重要的概念,適當的禁食可以達成傳統的飲食限制(禁食加上卡路里減量)對身體健康的好處。圖/Pixabay

「禁食」才是有助代謝的關鍵

國立中興大學食品暨應用生物科技學系特聘教授蔣恩沛指出,過去許多研究都發現「限時進餐」或「限制進餐量」具有代謝益處,並延長小鼠的壽命。然而這些發現並無法釐清,哪些是純粹因為減少熱量攝入引起的好處,而哪些是因實驗要控制卡路里而無形中施加了禁食所致。

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本研究在小鼠實驗中發現,限制卡路里的飲食方式,促成葡萄糖代謝、虛弱和壽命的各項改善,其實需透過「禁食」來達成。研究推翻了長期以來認為卡路里限制飲食對哺乳動物有益僅是由於減少總熱量攝取的觀點,並強調當中的「禁食行為」才是有助代謝(例如提升胰島素敏感性)和延緩老化這些保護作用的重要原因。

研究結果揭示了我們何時以及吃多少食物,如何調節代謝健康和壽命,並證明每天延長禁食,而不僅僅是減少熱量攝入,可能是熱量限制飲食對改進代謝和延緩老化的原因。過去已有研究表明,延長兩餐間隔對健康有益,本研究結果與過去研究也有相當的一致性。

蔣恩沛表示,人類老化過程中所伴隨的退化過程和疾病,有許多變因,除了攝食量、飲食方式、種類,還有基因、環境因素,甚至腸道菌相,均可能扮演角色,遠比實驗動物複雜。然而可以確定的是,限制熱量攝取可提供代謝上的益處,並可能減緩衰老、延長壽命。

圖/Pexels

本文編譯自科學期刊文章,完整文章來源:

參考資料:

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